Wiskunde · Begrippenlijst

Wat is Raakvlak?

Ook bekend als: eenheidsnormaal

Definitie 19.4 Universitaire wiskunde — Bachelor jaar 2 · Hoofdstuk 19 — Oppervlakken

Zij σ\sigma regulier in (u0,v0)(u_0, v_0) en M0=σ(u0,v0)M_0 = \sigma(u_0, v_0). Het raakvlak TM0ST_{M_0}S is het vlak door M0M_0 met richting Vect(σu,σv)\operatorname{Vect}(\sigma_u, \sigma_v) (de partiële afgeleiden in (u0,v0)(u_0, v_0)). De eenheidsnormaal is

n(u0,v0)=σuσvσuσv.n(u_0, v_0) = \frac{\sigma_u \wedge \sigma_v} {\norm{\sigma_u \wedge \sigma_v}} .

Voorbeelden

Voorbeeld 19.6 (Het raakvlak van de helicoïde)

Voor de helicoïde σ(u,v)=(vcosu, vsinu, au)\sigma(u, v) = (v\cos u,\ v\sin u,\ au) is in het punt σ(0,1)=(1,0,0)\sigma(0, 1) = (1, 0, 0):

σu=(0, 1, a),σv=(1, 0, 0),σuσv=(0, a, 1),\sigma_u = (0,\ 1,\ a), \qquad \sigma_v = (1,\ 0,\ 0), \qquad \sigma_u \wedge \sigma_v = (0,\ a,\ -1),

dus is het raakvlak ay=za\,y = z. Het bevat de hele horizontale beschrijvende rechte {(t,0,0)}\{(t, 0, 0)\} (richting σv\sigma_v): net als bij de kegel van Oefening 19.1 ligt bij een oppervlak dat door rechten wordt beschreven, elke beschrijvende rechte in het raakvlak eraan. De andere raakrichting σu\sigma_u is de snelheid van de schroeflijn uσ(u,1)u \mapsto \sigma(u, 1): één kaart, twee getekende krommen, en het hele raakvlak is opgespannen — Propositie 19.5 in actie.

Voorbeeld 19.8

Voor de bol x2+y2+z2=R2x^2 + y^2 + z^2 = R^2 is f=2(x,y,z)\nabla f = 2(x, y, z), dus staat het raakvlak in M0M_0 loodrecht op de straal OM0\vect{OM_0} — het klassieke feit dat straal en raakvlak loodrecht op elkaar staan, met vergelijking M0,M=R2\langle M_0, M\rangle = R^2.

Voorbeeld 19.9 (Raakvlak van een grafiek)

Voor z=f(x,y)z = f(x, y) in (x0,y0)(x_0, y_0) geeft Propositie 19.7 toegepast op F(x,y,z)=f(x,y)zF(x,y,z) = f(x,y) - z:

z=f(x0,y0)+fx(x0,y0)(xx0)+fy(x0,y0)(yy0),z = f(x_0, y_0) + f_x(x_0, y_0)(x - x_0) + f_y(x_0, y_0)(y - y_0) ,

het affiene deel van de eerste-ordeontwikkeling van Taylor — het raakvlak is de grafiek van de differentiaal, zoals het moet.

Lees in het hoofdstuk →